Почему свинцово-кислотные аккумуляторы так сложно заряжать? / Хабр

Особенно глубоко разряженные, как в сегодняшнем опыте на видео. Особенно находившиеся какое-то время в состоянии частичной заряженности (PSoC), вследствие чего, сульфатированные. Учитывая неизбежный саморазряд при хранении и недозаряд под капотом, рано или поздно это судьба почти каждой АКБ.

Особенно изношенные AGM, склонные к сильному нагреву. Особенно, как ни странно, самые надёжные и долговечные АКБ премиум-сегмента, плотные сепараторы которых препятствуют как разрушению пластин, так и перемешиванию электролита. Особенно когда нет пробок для доступа к электролиту, как в большинстве современных аккумуляторов.

Всё потому, что АКБ, — аккумуляторные батареи наших транспортных средств, источников бесперебойного питания и систем возобновляемой энергетики, — имеют специфические особенности вольтамперной характеристики (ВАХ), обусловленные физико-химическими свойствами.

Об этом и пойдёт речь, на примере глубоко разряженной гибридной (Sb/Ca) Тюмень Стандарт 6СТ-60L.

Несколько полезных ссылок:

• Яркий пример последствий саморазряда при хранении новой аккумуляторной батареи детально рассмотрен в первой части большого теста 6 отечественных АКБ.
• Цикл рекомбинации кислорода, вызывающий «терморазгон» изношенных AGM, описан в статье про первый отечественный AGM.
• Способ определения индивидуального напряжения завершения заряда конкретной АКБ с использованием адаптивного ЗУ при отсутствии доступа к электролиту приведён в первой части большого теста 6 АКБ иностранных брендов.
• Как убивает аккумуляторы прогрессирующий недозаряд, и можно ли их после этого восстановить, а также феномен мнимого, или поверхностного, заряда описан здесь.
• А здесь можно прочитать о «тайном», «высоковольтном» этапе заряда, в том числе, для AGM, известном профессионалам и указанном в инструкциях от производителей АКБ в явном или неявном виде.

В лабораторию поступил аккумулятор Тюмень Стандарт 6СТ-60L. 12 В 60 А*ч, паспортный ток холодной прокрутки (ТХП) 520 А в стандарте EN. АКБ эксплуатировалась полтора года.

Уровень электролита настолько низкий, что не покрывает пластины. Видны белые кристаллы сульфата свинца. Автомобиль простаивал 2 месяца по причине поломки КПП. Для гибридного Ca+ аккумулятора, в отличие от Ca/Ca, это немалый срок сам по себе. Кроме саморазряда, присутствовал ток покоя охранной сигнализации порядка 30 мА. За 2 месяца разряд таким током составляет 43 А*ч. Это практически вся ёмкость бывшей в употреблении батареи.

АКБ отогревается. Напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) составляет 10.53 В. На холоде 2 часа назад оно было 8 В. Оставим отогреваться у тепловой пушки ещё 2 часа.

Перед зарядом свинцово-кислотной АКБ «мокрого» (WET) типа, то есть, со свободно плещущимся электролитом, необходимо удостовериться, что электролит покрывает пластины. В противном случае, долить дистиллированную воду, (не водопроводную, не питьевую, не электролит!) до кромок пластин. (Не до нормального уровня!)

Уровень электролита будет расти в процессе заряда. Если долить слишком много, при заряде электролит может политься через верх горловин банок, создавая ненужные проблемы.

АКБ отогрелась, недостающую воду долили. Заряжать будем отечественным программируемым ЗУ Кулон-912.

▍ Вольтамперная характеристика

Коль скоро применяем зарядное устройство с классическим CC/CV режимом заряда на базе стабилизированного источника питания, просто необходимо вспомнить один важный момент, изо дня в день становящийся камнем преткновения. О стабилизации тока и напряжения при заряде аккумуляторной батареи или питании того или иного потребителя постоянно задают вопросы одного и того же рода, похожие как капли воды.

«Почему я устанавливаю 15 вольт 3 ампера, а получается ток ниже 3 ампер? 3 ампера ЗУ выдаёт только на 17 вольтах, оно бракованное?». «Почему устанавливаю 15.5 вольт 6 ампер, а напряжение всего лишь 14 вольт?»

Дело в том, что реальный потребитель электрической энергии, например, АКБ при заряде, имеет свою вольтамперную характеристику, в наипростейшем случае описываемую электрическим сопротивлением.

Допустим, у нас есть стабилизированный блок питания 100+ Вт, настроенный на 10 вольт 10 ампер. Если подключить на его выход резистор 1 Ом, ток при напряжении 10 В составит как раз 10 А, и по закону Джоуля-Ленца будет выделяться мощность 100 Вт. Такая ситуация называется согласованием сопротивлений, когда и ток, и напряжение, и мощность максимальны.

Если сопротивление резистора 10 Ом, сила тока составит всего 1 А, мощность 10 Вт. У источника питания будет активна обратная связь (ОС) по напряжению, а до срабатывания ОС по току дело не дойдёт. Это не неисправность блока питания, а логика его работы и природа резистора.

При сопротивлении 10 миллиом и токе 10 ампер, например, на токоизмерительном шунте, напряжение составит всего 0.1 вольта, тепловыделение 1 Вт. Здесь работает ОС по току, а ОС по напряжению не срабатывает.

Идеальный резистор — простейший случай, у него линейная вольтамперная характеристика (ВАХ), и она неизменна во времени и не зависит от температуры. Но если взять нить накаливания лампочки, то в момент включения холодная нить имеет малое сопротивление, идёт ток выше рабочего, так называемый пусковой ток. Пусть это будет 10 ампер, максимум, который выдаст блок питания (БП), при 8 вольтах. Далее нить нагреется, её сопротивление повысится, ток снизится, например, до 7 А, а напряжение возрастёт до заданных 10 вольт.

Это не неисправность лампочки или БП, а физика их работы. Получается, лампа накаливания имеет вольтамперную характеристику во времени, обусловленную температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) металла (сплава) её нити.

Кстати, именно по этой причине лампочки часто перегорают именно в момент включения, когда нить холодная, и у неё низкое сопротивление. Чтобы при перегорании спирали не поддерживался дуговой разряд, который может вызвать перегрузку электросети, взрыв колбы и пожар, внутри многих лампочек есть плавкий предохранитель в виде участка более тонкой проволоки, идущего от цоколя внутри колбы. В перегоревшей лампочке часто наблюдаем прилипшие изнутри к стеклу шарики расплавленного металла в зоне, где проходил этот участок.

Чтобы запустить электромотор, особенно нагруженный каким-либо механизмом на валу, (например, компрессором холодильника), необходимы бо́льшие ток и мощность, чем для поддержания его вращения даже при отборе уже запущенным механизмом крутящего момента и энергии с вала.

Причём обмотки двигателя не рассчитаны на долговременную работу в пусковом режиме. Потому уже много десятилетий используются пусковые конденсаторы более высокого номинала, чем рабочие, и тепловые пускозащитные реле, препятствующие не только продолжительной работе при повышенном токе, (например, при заклинивании механизма), но и нескольким пускам подряд в течение короткого времени, (при перебоях электроснабжения).

Итак, в технике приходится учитывать вольтамперную характеристику реального потребителя и её динамику во времени .

Свинцово-кислотная электрохимическая ячейка ведёт себя при заряде ещё сложнее, чем лампочка и электродвигатель. Кроме термодинамической ЭДС, (электродвижущей силы), и падения напряжения на внутреннем сопротивлении, (причём и ЭДС, и внутреннее сопротивление зависят от уровня заряженности и температуры, то и другое изменяется в ходе заряда), в свинцовом аккумуляторе проявляется поляризация.

Распределение ионов, (то есть, носителей заряда), в объёме банки (ячейки) аккумулятора, (где действует электрическое поле), создаёт ЭДС, прибавляющуюся к напряжению на клеммах при заряде и отнимающуюся при разряде. Это явление можно назвать «паразитным ионистором», или «суперконденсатором».

Плотная структура сепараторов современных аккумуляторных батарей, особенно премиум вариантов, (SSB — батареи для систем старт-стоп, EFB — улучшенные наливные батареи), препятствует дрейфу ионов в электролите и создаёт тем самым эффект «паразитного электрета», — стойкого перенапряжения, удерживающегося длительное время.

Также дополнительную ЭДС создают газы, — водород и кислород, — в порах активных масс. Это уже «паразитный топливный элемент».

Паразитные «суперконденсатор» и «топливный элемент» в кислотном аккумуляторе имеют довольно значительную электрическую ёмкость, заряд которой растянут во времени. Потому при заряде АКБ напряжение на её клеммах растёт не только по сумме термодинамической ЭДС банок и падения напряжения на внутреннем сопротивлении, но и по ходу заряда паразитных ёмкостей.

То есть, при подаче зарядного тока 5% ёмкости, (3 ампера для 60 А*ч) на разряженную АКБ с НРЦ, (термин, не тождественный ЭДС по вышеописанным причинам), 12 вольт, он создаст перенапряжение всего 100-200 милливольт, или даже ниже.

Этот же ток, подаваемый на клеммы заряженной АКБ с НРЦ 12.9 вольт, что всего на 900 милливольт выше разряженной, вскоре создаст перенапряжение, например, до 16.7 В, то есть, на 3.8 вольта, что в 25 раз выше случая из предыдущего абзаца.

Потому ЗУ, настроенное на 15 вольт 6 ампер, в первом случае будет подавать 6А 12.3 В, во втором напряжение быстро подскочит до 15В, а ток будет снижаться до 1 А и ещё ниже. Это не неисправность ЗУ или АКБ, а физика и химия свинцового аккумулятора, и работа обратных связей стабилизированного источника питания.

Предугадать правильные напряжения, токи и время для каждого этапа заряда при данном состоянии конкретного экземпляра АКБ бывает непросто. В одних случаях, производители ограничиваются общими рекомендациями, в других предписывают сложные многоступенчатые профили заряда, как, например, этот от Tianneng.

Разные зарядные устройства предоставляют разную степень автоматизации процесса и средств мониторинга и управления. Также при обслуживании свинцовых аккумуляторов используются такие приборы, как нагрузочные вилки, экспресс-тестеры, разрядные нагрузки, средства определения плотности электролита — ареометры и рефрактометры. Последние неактуальны при отсутствии доступа к пробкам у популярных MF (maintenance free) аккумуляторов.

Слово «необслуживаемый» не означает, что этим АКБ не требуется периодический стационарный заряд, и относится только к электролиту, заправленному на весь срок службы.

Цель стационарного заряда — преобразовать все сульфаты в намазках пластин АКБ в заряженные активные массы (АМ), — губчатый свинец отрицательной и оксид свинца положительной, и перемешать электролит до равномерной концентрации кислоты, т.е. плотности раствора, по всему объёму банок.

Это восстанавливает эксплуатационные характеристики, в том числе, способность оперативно и эффективно восполнять заряд от генератора транспортного средства после пуска двигателя, штатного ЗУ после поездки на электромотоцикле, или контроллера заряда источника бесперебойного питания после возобновления внешнего питания.

Десульфатацией называется процесс электролитической диссоциации застарелых труднорастворимых сульфатов. Это необходимая часть полного выравнивающего стационарного заряда, восстанавливающего ёмкость, токоотдачу, и продлевающего срок службы АКБ.

▍ Капельный предзаряд пульсирующим током

Начнём восстановление нашей АКБ. Кулон-912 снабжён функцией импульсного предзаряда. Целесообразность этого этапа обусловлена тем, что глубоко разряженная, т.е. разбалансированная АКБ при подаче стандартного тока 10% ёмкости может сильно нагреваться, так как разным участкам пластин достанется разная плотность тока, а разным банкам — разное перенапряжение.

Чтобы этого избежать, установим ток 5% номинальной ёмкости, для 60 А*ч это 3 А. Длительности импульса и паузы сделаем равными, по 5 секунд. Завершение этапа по достижении напряжения в паузе, т.е. НРЦ 12 вольт.

▍ Этап основного заряда

Настройки основного заряда стандартные для гибридной АКБ. Максимальное напряжение 14. 6 В, начало снижения тока при 14.5 В, ток 6А, это 10% ёмкости. Но включим и асимметрию (реверс): разрядный ток 10% от зарядного, т.е. 0.6 А, длительность зарядного импульса 5 секунд, длительность разрядного импульса 50% от зарядного.

Разрядные импульсы при асимметричном (реверсивном) заряде частично снимают поляризацию, благодаря чему, повышают эффективность заряда и десульфатации. Некоторые адаптивные ЗУ, в отличие от классических, в т. ч. программируемых, используют разрядный импульс и для анализа отклика электрохимической системы. Разрядные импульсы, как и зарядные, могут быть модулированными, т.е. являться пачками более коротких импульсов и пауз, что позволяет исследовать внутреннее сопротивление АКБ на другой частоте.

Окончание этапа по прошествии 6 часов при достигнутом установленном напряжении. Каким будет ток в конце основного заряда, трудно предугадать. Потому хорошо, что ЗУ предоставляет такую опцию автоматики. Этапы дозаряда и хранения пока не активируем. Сначала проконтролируем, к чему приведут предзаряд и основной заряд с такими настройками.

Заряд продолжался 19 часов 34 минуты, аккумулятору сообщено 57.53 А*ч. Это число вселяет надежду, что АКБ не испытала значительной потери ёмкости после глубокого разряда.

Плотность электролита по банкам от 1.23 до 1.25, что явно недостаточно. Присутствует расслоение электролита, требуется дозаряд.

Тестер показывает ТХП 501 из 520 А, здоровье АКБ (SoH, state of health) 96%. Это хорошие показатели, аккумулятор ещё послужит, но надо учитывать, что недозаряженная АКБ имеет немного более низкое внутреннее сопротивление, чем заряженная на 100%. Сейчас оно 6.20 миллиома.

▍ Этап дозаряда

Дозаряд будем производить током 2.2А, это чуть выше 1/30 ёмкости, без ограничения напряжения, до тех пор, пока напряжение не перестанет расти в течение 2 часов. К сожалению, такой опции автоматизации ZDV, (zero delta voltage, нулевое приращение напряжения), у Кулона-912 нет, зато есть удалённые мониторинг и управление, а также запись лога. Потому будем наблюдать за процессом, и завершим его вручную.

За 21 минуту напряжение выросло на 40 милливольт и составило 14.94 вольта. Продолжаем наблюдение.

На 49-й минуте заряда напряжение снизилось до 14.92-14.93 В. Засекаем 2 часа, и отключаем заряд.

Прошло почти два часа, напряжение снизилось до 14.84 В. Это происходит по причине снижения внутреннего сопротивления АКБ, в частности, из-за её нагрева. Аккумулятор слегка тёплый. Отдано суммарно 5.92 А*ч.

Прошло более суток, НРЦ 12.92 В. Плотность электролита по банкам 1.25 — 1.29. Более низкая плотность в тех банках, куда не доливалась вода.

▍ Kонтрольный разряд и итог

Для оценки остаточной ёмкости, произведём разряд до 12 В под нагрузкой током 2 ампера. Это составит примерно 50% ёмкости.

Разряд завершён, ёмкость составила 19.48 А*ч, как и ожидалось. Ставим на заряд, повторив 3 вышеописанных этапа.

После заряда и отстоя НРЦ 13.03 В, внутреннее сопротивление 5. 78 мОм, ТХП 537 из 520 А по EN. SoH 100%. Прекрасный результат! Аккумулятор восстановился полностью. Теперь измерим и при необходимости скорректируем плотность электролита.

10-15 кубических сантиметров дистиллированной воды, доливаемых в банку 12-вольтового аккумулятора с корпусом L2, снизит плотность электролита на 0.01. Электролит, а не воду. следует доливать только в случае, если была потеря кислоты вследствие утечки электролита.

Плотность во всех банках составила 1.27-1.28, коррекция не требуется. Восстановление АКБ завершено, возвращаем владельцу.

Видео-версия:

Статья написана в сотрудничестве с автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором VECTOR.

устройство и принцип действия, зарядка

Автор Aluarius На чтение 8 мин. Просмотров 2.9k. Опубликовано 20.05.2020

Содержание

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцовый аккумулятор – такой тип химического источника тока, который основан на реакции свинца и серной кислоты. Его изобретателем считается Гастон Планте, а первое появление датируется 1859-1860 годами. В 1878 году устройство аккумулятора было усовершенствовано изобретателем Камиллом Фором, который предложил наносить на пластины свинцовый сурик – красно-оранжевый порошок, представляющий собой ортоплюмбат свинца. В том же веке Николай Николаевич Бенардос – русский инженер и изобретатель – покрыл пластины батареи губчатым свинцом, добившись увеличения мощности.

Чтобы узнать, какой процесс происходит в аккумуляторе во время его работы, необходимо подробно рассмотреть его устройство. Конструкция современного кислотного аккумулятора включает в себя:

• корпус из кислотоупорного материала;
• электролит, представляющий собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде;
• анодные – положительные – решетчатые свинцовые пластины, в ячейках которых запрессован порошок диоксида свинца;
• катодные – отрицательные – решетчатые свинцовые пластины, в ячейках которых – губчатый свинец;
• сепараторы, выполненные из пористого, не контактирующего с кислотой материала и предназначенные для разделения положительно и отрицательно заряженных пластин и предупреждения короткого замыкания между ними
• крышку (обычно встречается в переносных батареях), для достижения герметичности упаковки залитая мастикой;
• бареток, соединяющих одноимённые пластины и служащих в качестве токоотвода;
• крепёжные и соединительные элементы.

СПРАВКА: специалисты из США нашли способ облегчить свинцово-кислотный аккумулятор, увеличив при этом коэффициент полезного действия (КПД) – вместо полностью свинцовых решёток инженеры предлагают использовать пластины из углеродного волокна со свинцовым покрытием.

Принцип действия свинцового аккумулятора заключается в следующем. Положительные и отрицательные электроды опущены в электролит, и при подключении источника тока к внешней цепи оксид свинца вступает в химическую реакцию с серной кислотой. По мере разрядки батареи на аноде окисляется свинец, а на катоде происходит процесс восстановления диоксида свинца. Также при уменьшении заряда в АКБ плотность электролита снижается из-за расхода серной кислоты и выделения воды. Но стоит учитывать, что в процессе зарядки устройства запускаются обратные процессы.

СПРАВКА: при перезаряде можно наблюдать нежелательное явление – кипение электролита, вызванное электролизом воды. Избегают его путём снижения зарядного тока при повышении напряжения.

Кислотные аккумуляторные батареи
Классификация	Вид
По конструкции анодов	· Поверхностные · Панцирные, трубчатые · Стержневые намазные · Решётчатые
По агрегатному состоянию электролита	· Жидкостный · Гелевый · Абсорбированный
По возможности обслуживания	· Обслуживаемый · Необслуживаемый · Малообслуживаемый
По назначению	· Стартерные · Тяговые · Промышленные

СПРАВКА: выделяют также EFB аккумуляторы, также использующие электролит в жидком виде, но обладающие лучшими техническими характеристиками, чем жидкостные.

Параметры батареи, тип, страну-производителя и прочую необходимую информацию пользователь может узнать через маркировку, не прибегая к техническому паспорту устройства.

В источниках тока, сделанных в России, обозначение происходит согласно ГОСТ, и шифр обязательно включает в себя (по порядку):

• количество банок в корпусе;
• обозначение типа, например, «СТ» – стартерная;
• ёмкость, измеряемая в А∙ч;
• материал и особенности конструкции.

ВНИМАНИЕ: последние буквы маркировки означают: «А» – общая крышка, «З» – заряженная и заправленная батарея, «Т» – материалом для корпуса служит термопласт, «М» – минеральная пластмасса, «Э» – эбонит, «П» – материалом для сепараторов служат полиэтилен или микроволокна.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Технические характеристики АКБ зависят от их типа. Для наглядности рассмотрены несколько наиболее используемых видов батарей:

• LA – обслуживаемые стартерные;
• VRLA – необслуживаемые, жидкостные;
• VRLA AGM – необслуживаемые, абсорбированные;
• VRLA GEL – необслуживаемые, гелевые;
• OPzV – необслуживаемые, трубчатые, гелевые;
• OPzS – малообслуживаемые, трубчатые.

Вид	LA	VRLA	VRLA AGM	VRLA GEL	OPzV	OPzS
Ёмкость, А∙ч	10-300	1-300	1-3000	1-3000	50-3500	50-3500
Оптимальная глубина разряда, %		30	<40	<50	<60	<60
Напряжение, Вольт	6, 12	4, 6, 12	2, 4, 6, 12	2, 6, 12	2	2
Диапазон рабочих температур, °С	-50…+70	-35…+60	-40…+70	-40…+70	-40…70	-40…70
Минимальное время заряда, ч	8-12	6-10	6-10	8-12	10-14	10-15
Саморазряд, %	3-5	2-3	1-2	1-2	1-2	1-2
Средняя стоимость за аккумулятор 12 В/100 А∙ч, $	70-150	200-250	250-380	350-500	1000-1400	1500-3500
Срок службы, лет	2-5	3-7	5-15	10-15	>20	>25

Благодаря умеренной цене и хорошим показателям, кислотные АКБ получили широкое распространение в технике. В сферу применения свинцовых источников тока входят:

• лёгкий и грузовой автотранспорт, включая сельскохозяйственную технику и моторные лодки;
• системы пожарной безопасности и охраны;
• системы аварийного энергоснабжения;
• системы энергоснабжения в областях, удалённых от стационарной электрической сети;
• контрольно-измерительные приборы для торговли и малого бизнеса;
• источники бесперебойного питания (ИБП) для компьютерной техники;
• запасные источники энергии;
• слаботочные системы;
• инвалидные кресла с электроприводом.

Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

К безоговорочным плюсам свинцово-кислотных АКБ относят относительно низкую стоимость вследствие простоты и дешевизны производства, а также низкий показатель саморазряда, что свидетельствует о долговечности батарей. Кроме этого, кислотные источники тока просты в эксплуатации и обслуживании, не имеют эффекта памяти и могут производить пусковой ток высоких значений, не просаживая напряжение питания. Ввиду использования проверенной временем технологии аккумуляторы универсальны и могут применяться для выполнения широкого спектра задач.

Минусы свинцовых батарей в сумме составляют большой перечень, однако не перекрывают их преимущества. Одним из первых недостатков пользователи называют внушительные габаритные размеры и массу, что зачастую неприемлемо при эксплуатации. При этом если рассматривать весо-энергетическую плотность, то значение энергоёмкости снижается. Количество циклов разряда у АКБ ограничено, а её производство экологически небезопасно из-за свинца. Более того аккумулятор должен храниться в хорошо вентилируемом помещении и не испытывать резких изменений температур, особенно минусовых.

Очевидно, что чем ниже температура окружающей среды, тем быстрее может разрядиться аккумулятор. Однако в кислотных устройствах рабочие параметры снижаются с меньшей скоростью, что отличает его от других типов аккумуляторов. По статистике, начиная понижать температуру с 20°С на один градус, можно заметить потерю показателя ёмкости на 1%. Таким образом, значение ёмкости при нуле не превысит 80%, а при -20°С – 60%.

Свинцовые АКБ отличаются от других типов химических источников тока своими преимуществами и недостатками, но так как сами кислотные батареи подразделяются на несколько видов, следует рассмотреть особенности каждого из них и выявить характерные отличия.

Классификация по агрегатному состоянию электролита	Особенности
Жидкостные	· потребность в регулярном обслуживании; · расположение только вертикально; · ресурс не превышает 500 циклов полного заряда и разряда; · необходимо поддерживать уровень заряда на отметке не менее 50%
EFB	· потребность в регулярном обслуживании; · расположение только вертикально; · ресурс не превышает 1000 циклов полного заряда и разряда; · необходимо поддерживать уровень заряда на отметке не менее 60%
Гелевые	· нет потребности в обслуживании; · увеличенный ресурс работы и повышена устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам по сравнению с жидкостными
AGM (абсорбированные)	· нет потребности в обслуживании; · заряжать можно в 5 раз быстрее, чем другие типы, но важно соблюдать правила зарядки; · ресурс не превышает 600 циклов полного заряда и разряда
AGM+	· ресурс не превышает 1200 циклов полного заряда и разряда; · уменьшенное внутреннее сопротивление

Как обслуживать свинцово-кислотный аккумулятор

По статистике 80% неполадок аккумулятора заключается в его сульфатации, появившейся из-за отсутствия технического обслуживания. Как проверить аккумулятор читайте здесь.

Чтобы предотвратить этот процесс, достаточно регулярно выполнять три процедуры:

• контролировать уровень дистиллированной воды;
• поддерживать чистоту;
• выравнивать заряд.

Как восстановить аккумулятор и убрать потерю емкости, читайте тут.

В процессе работы часть электролита испаряется, концентрация серной кислоты увеличивается, а уровень жидкости в банке понижается, что становится причиной контакта железных пластин с воздухом. Во избежание повреждения ячеек электродов нужно следить за количеством электролита и при необходимости добавлять в банку батареи дистиллированную воду.

СПРАВКА: доливать жидкость необходимо после полной зарядки АКБ.

Пользователи знают, насколько важна чистота АКБ: наличие грязи, пыли, подтёков кислоты может поспособствовать возникновению тока утечки, и аккумулятор разрядится и разбалансируется. Поэтому необходимо регулярно проводить чистку батареи, например, при помощи пароочистителя.

Чем чаще используется источник тока, тем больше ёмкость его ячеек будет отличаться друг от друга, что обязательно приведёт к проблемам в режиме зарядки. Чтобы урегулировать ситуацию, специалисты советуют пользоваться выравнивающим зарядным устройством, которое подаёт слабый ток и увеличивает время процесса на несколько часов, однако позволяет заряду распределиться равномерно и до 100% пополнить энергию.

Стандартное время зарядки пустой батареи составляет 10-12 часов. При этом крайне важно выставлять ток значением до 10% от ёмкости батареи. Обычно схема питания АКБ состоит из двух этапов: на первом аккумулятор заряжается постоянным током, на второй – постоянным напряжением.

Чтобы осуществить проверку работоспособности, существует множество способов, как традиционных, так и современных. К последним относится контроль системы при помощи электронных тестеров, которые показывают более правильные результаты, но могут оказаться дорогостоящими. Конечно, без подобного оборудования не обойтись при проверке современных герметичных аккумуляторов. Но для более традиционных устройств подойдут простые методы, проверенные временем.

1. Контроль плотности жидкости. При помощи ареометра нужно зарегистрировать значение плотности и сравнить с эталонными показателями. Для обеспечения нормальной работы параметр должен быть не ниже 1,23 г/см³, но не выше 1,4 г/см³.
2. Контроль уровня электролита. Жидкость должна полностью покрывать свинцовые пластины и возвышаться на 1-1,5 см.
3. Контроль с помощью нагрузочной вилки. Данное устройство измеряет напряжение АКБ под действием силы тока в десятки и сотни ампер. Такой метод весьма качественен для определения работоспособности батареи, однако, в случае частого использования нагрузочной вилки существует вероятность износа аккумулятора.

Как работают свинцово-кислотные аккумуляторы?

Узнайте, как найти, использовать и эффективно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы.

Мощные, надежные и прочные свинцово-кислотные батареи используются в качестве резервного источника питания во многих различных приложениях, включая системы возобновляемой энергии , автомобили и процедуры аварийного питания.

Свинцово-кислотные аккумуляторы получили свое название благодаря содержащимся в них свинцовым пластинам и серной кислоте. Две свинцовые пластины помещают друг напротив друга в серную кислоту и разделяют изолирующим материалом.

Свинцовые пластины действуют как анод и катод, а серная кислота представляет собой электролит, содержащий ионы водорода и сульфата. Отрицательно заряженный сульфат и положительно заряженный водород притягиваются к свинцовому катоду и аноду соответственно.

При включении прибора или устройства, подключенного к батарее, на катоде происходит реакция, когда ионы сульфата отдают свои отрицательные ионы и образуется сульфат свинца. По мере увеличения уровня сульфата свинца электролит становится слабее, а сопротивление пластин увеличивается. Это вызывает поток отрицательных электронов в подключенное устройство или прибор.

Когда эти электроны возвращаются к катоду батареи, происходит химическая реакция между водородом в батарее и диоксидом свинца в этой пластине. При этом образуется вода, а это означает, что ионы водорода непрерывно подаются вместе с сульфатной кислотой внутри батареи, что позволяет многократно перезапускать процесс.

В каждом типе свинцово-кислотных аккумуляторов эта реакция будет протекать немного по-разному, чтобы сделать ее более подходящей для конкретного варианта использования, для которого она лучше всего подходит. В этой статье будет подробно описано, что представляют собой эти типы батарей, как их можно использовать и в чем их различия.

Обзор свинцово-кислотных аккумуляторов

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Хотя химические реакции и процессы в каждом типе свинцово-кислотных аккумуляторов схожи, точная конструкция каждого типа свинцово-кислотного аккумулятора различается в зависимости от применения и требований. Основные типы включают:

• Залитые свинцово-кислотные батареи: они так называются, потому что при необходимости в них можно добавлять воду. Также известные как аккумуляторы с жидкостными элементами, электролит в этих элементах легко доступен, и его необходимо регулярно проверять, чтобы обеспечить надежную подачу питания. Важно соблюдать осторожность при проверке или заправке этих батарей, так как электролит в них может быть токсичным
• Герметичные свинцово-кислотные батареи : это название, данное любому типу батарей с закрытыми ячейками. В эту категорию попадают AGM и гелевые свинцово-кислотные аккумуляторы. Этот тип обычно выбирается из-за его большей безопасности, простоты транспортировки и гибкости с точки зрения применения
• Гелевые свинцово-кислотные батареи : В этих типах герметичных свинцовых батарей электролит находится в форме геля или кремнезема. Это означает, что он не так свободно перемещается, как залитые батареи, что делает его более безопасным в обращении и утилизации. Это также делает этот тип батареи более подходящим для приложений с более низким напряжением. В связи с этим тем, кто использует гелевые свинцово-кислотные аккумуляторы, также следует соблюдать осторожность, чтобы не перезарядить их
• Впитывающий стеклянный мат (AGM) : электролит в этих герметичных свинцово-кислотных батареях удерживается на месте матами из стекловолокна. Это делает эти батареи более безопасными при перемещении и утилизации, а также более устойчивыми к низким температурам и сильным вибрациям. Поскольку жидкость не течет в аккумуляторе свободно, сопротивление также ниже, что означает более быструю зарядку, хотя важно соблюдать осторожность, чтобы не перезарядить

.

• Регулируемый клапаном (VRLA) : Аккумуляторы VRLA также являются герметичными свинцово-кислотными аккумуляторами и имеют систему клапанов, позволяющую выпускать водород и кислород при необходимости. Эта система разблокировки обеспечивает безопасность этих батарей во время зарядки и означает, что электролит не расходуется впустую. В результате аккумуляторы AGM и гелевые аккумуляторы обычно имеют некую форму клапанной системы

.

Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы относятся к типу  перезаряжаемых аккумуляторов . Это означает, что их можно заряжать при подаче постоянного напряжения. Этот процесс будет немного отличаться в зависимости от конкретного типа свинцово-кислотного аккумулятора. В некоторых случаях перезарядка может быть медленной из-за низкого и постоянного напряжения, которое необходимо подавать.

Однако это лучше, чем перезарядка аккумулятора. Это может вызвать быстрое повышение уровня химической реакции в аккумуляторе, что приведет к потерям электролитов, перепроизводству опасных газов и необратимому повреждению аккумулятора. В зависимости от типа батареи наиболее подходящими будут процессы объемной, абсорбционной или плавающей зарядки: 

• Массовая зарядка посылает на батарею высокие уровни постоянной мощности для постепенного увеличения ее напряжения до установленного предела
• Абсорбционная зарядка заряжает аккумулятор до установленного предела. После того, как он в основном заполнен, подаваемый ток падает, поэтому батарея может постепенно поглощать энергию, пока не будет полностью заряжена
• Плавающая зарядка — это когда низкий уровень мощности постепенно подается на аккумулятор до полного его заполнения. Это предотвращает саморазряд и помогает продлить срок службы батареи

.

Утилизация свинцово-кислотных аккумуляторов не только влияет на способ зарядки, но и зависит от их типа. Избавляясь от свинцово-кислотного аккумулятора, важно помнить о любых мерах предосторожности и подумать о том, как удалить его безвредным для окружающей среды способом. В противном случае вещества в аккумуляторе могут нанести значительный ущерб людям и планете.

В чем разница между свинцово-кислотными и гелевыми батареями?

Гелевые аккумуляторы являются подтипом свинцово-кислотных аккумуляторов. Основное отличие их от других заключается в виде электролитов в самом аккумуляторе. В то время как в стандартных свинцово-кислотных батареях электролит находится в жидкой форме, тогда как в гелевых батареях электролит инкапсулирован в кремнезем. Эти гелевые батареи, как правило, более безопасны, чем стандартные конструкции, хотя они более чувствительны к высоким напряжениям и перезарядке.

В чем разница между свинцово-кислотными батареями и батареями AGM? Аккумуляторы AGM

— еще один подтип свинцово-кислотных аккумуляторов. Разница между этими типами батарей заключается в конструкции электролита внутри. В стандартной свинцово-кислотной батарее электролит находится в жидкой форме. Напротив, батареи AGM суспендируют электролит внутри матов из стекловолокна. Таким образом, аккумуляторы AGM легче устанавливать и перемещать, а также быстрее заряжать. Тем не менее, важно проверить, подходит ли дизайн батареи AGM для вашего конечного применения, поскольку они имеют тенденцию к перезарядке и в основном подходят для конкретных случаев использования.

Для чего используются свинцово-кислотные аккумуляторы?

Надежность, длительный срок службы и эффективное электропитание свинцово-кислотных аккумуляторов делают их популярным выбором для целого ряда приложений, в том числе:

Резервное копирование инфраструктуры, включая аварийное освещение или сигнализацию

Хранение и резервирование возобновляемой энергии

Питание электродвигателей

Аварийные источники питания для критических применений, например, на подводных лодках

При выборе свинцово-кислотного аккумулятора для вашего приложения важно учитывать, где он будет установлен, требуемый уровень электропитания и имеющуюся зарядную инфраструктуру. Это гарантирует, что вы сможете легко установить аккумулятор и получить надежный уровень напряжения, необходимый для эффективной работы вашего устройства, системы или нагрузки.

Дополнительная информация

Свяжитесь с нами

03457 201201

Следуйте за нами на

Мы принимаем

Наши услуги

• Сервисные решения
• Калибровка
• Варианты доставки
• История заказов
• Котировки
• Возврат
• Запланированные заказы
• DesignSpark

Правовая информация

• Политика в отношении файлов cookie
• Безопасность электронной почты
• Политика конфиденциальности
• Условия веб-сайта
• Условия продажи

О компании RS

• О нас
• Карьера
• Корпоративная группа
• Мероприятия
• ESG
• Наши сертификаты
• Весь мир

© RS Components Ltd. Birchington Road, Corby, Northants, NN17 9RS, UK 901 71

Как работает автомобильный аккумулятор?

Свинцово-кислотный аккумулятор, питающий большинство современных автомобилей, существует уже 150 лет. Базовая технология и конструкция почти не изменились с тех пор, как ее изобрел французский физик Гастон Планте в 1859 году. Без него ваш автомобиль не более чем неподвижный кусок пластика и металла. Если вы когда-нибудь задумывались о том, как работает автомобильный аккумулятор, читайте дальше, чтобы узнать больше о том, как он помогает поддерживать бесперебойную и безопасную работу вашего автомобиля.

Как работает автомобильный аккумулятор?

Автомобильный аккумулятор использует свинцово-кислотную технологию для преобразования химической энергии в электричество. Это достигается за счет использования клеток, которые содержат и хранят энергию до тех пор, пока она не понадобится.

Большинство стандартных автомобильных аккумуляторов содержат шесть элементов, расположенных в ряд внутри пластикового корпуса. Каждая ячейка содержит пластину из диоксида свинца и пластину из свинца. Вместе они создают два вольта для каждой ячейки, поэтому ее часто называют 12-вольтовой батареей.

Ряды ячеек погружены в серную кислоту, которая вызывает химическую реакцию между двуокисью свинца и свинцовыми пластинами, в результате чего образуются сульфат свинца и ионы. Поскольку ионы свободно перемещаются вокруг свинцовых пластин, происходит другая химическая реакция, в результате которой образуется водород и сульфат свинца.

Движение ионов генерирует электричество, которое перемещается либо к положительному, либо к отрицательному выводу батареи. Два провода, которые подключаются к автомобильному аккумулятору, распределяют электричество по стартеру и другим жизненно важным электрическим системам.

Как заряжается автомобильный аккумулятор?

Устройство, называемое генератором переменного тока, заряжает аккумулятор во время движения автомобиля. Он генерирует электрический ток через ремень генератора, прикрепленный к двигателю, который превращает физическую энергию в электричество.

Когда ремень вращает генератор, он вырабатывает электричество, которое затем используется для питания электрических систем автомобиля. Часть энергии, которую он создает, отправляется обратно для пополнения батареи. Регулятор напряжения — это устройство, которое помогает поддерживать поток электроэнергии на оптимальном уровне и предотвращает перезарядку аккумулятора.

Какие существуют типы автомобильных аккумуляторов?

В большинстве современных автомобилей используется свинцово-кислотный аккумулятор. Это самый доступный и распространенный тип на рынке. Эта технология существует уже 150 лет и зарекомендовала себя как чрезвычайно надежная. В некоторых автомобилях, например в электромобилях, используются литий-ионные аккумуляторы, которые имеют другой химический состав и очень высокий уровень производительности и емкости.

Пусковые аккумуляторы. Все эти типы аккумуляторов предназначены для запуска двигателя и чаще всего используются в автомобильном и коммерческом автопарке. Пусковые батареи обычно имеют более тонкие, но более многочисленные пластины на ячейку, чем батареи глубокого цикла, что дает им большую площадь поверхности для большей начальной «пусковой» мощности.

Аккумуляторы глубокого разряда . Эти типы аккумуляторов чаще всего используются в тележках для гольфа и лодках, поскольку они обеспечивают постоянную мощность в течение длительного периода времени. Эти батареи, как правило, имеют более глубокую резервную емкость, которая обеспечивает более длительное время работы для многих электромобилей или дополнительных аксессуаров на транспортном средстве. Батареи глубокого цикла чаще всего имеют более толстые пластины, что приводит к меньшему количеству пластин на элемент, но к большей резервной емкости, чем у типичной стартовой батареи.

Аккумуляторы с жидкостными и сухими элементами (AGM) . Когда дело доходит до свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов, покупатели могут выбрать сухие или жидкостные аккумуляторы. В то время как основная операция такая же, разница в том, что батареи с сухими элементами имеют сепаратор из стеклянного мата, который поглощает и суспендирует электролит, в то время как влажные элементы погружают пластину в раствор электролита. Батарея Dry Cell обычно герметична и непроливаемая.

Сухая батарея позволяет устанавливать батарею в большем количестве мест, например, в багажнике, и в других конфигурациях, например, сбоку. Батарея с жидкостными элементами потенциально может пролить электролит, если это произойдет. Это сильно ограничивает размещение и позиционирование мокрого аккумулятора, безопаснее держать их в вертикальном положении под капотом автомобиля.

Что такое мощность запуска?

Для запуска двигателя вашего автомобиля требуется физическая мощность. Точное количество зависит от нескольких переменных, таких как объем двигателя, температура и тип двигателя. Эта мощность называется током холодного запуска (CCA) и представляет собой измерение, которое определяет общую мощность запуска батареи.